DE2628934A1 - Mit fluessigem metall gekuehlter kernreaktor - Google Patents
Mit fluessigem metall gekuehlter kernreaktorInfo
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Description
DIPL-ING. ROLF PÜRCKHAUER η'ΐοίηο0928 ,
D- 5900 Siegen 1
Telefon (0271) 331970 2 6 2 8 3 3 A Telegramm-Anschrift: Patschub, Siegen
76 020 Kü/la
2 5. JUNI 197a United Kingdom Atomic Energy Authority,
11 Charles II Street, London SW1Y 4QP
Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 2S533/75 vom 7. Juli 1975 beansprucht
Mit flüssigem Metall gekühlter Kernreaktor
Die-Erfindung bezieht sich auf Kernreaktoren und betrifft
in erster Linie mit flüssigem Metall gekühlte Kernreaktoren.
Eine bekannte Bauart von mit flüssigem Metall gekühltem Kernreaktor weist einen Kernreaktorkern auf, oer in ein Schmelzbad
aus flüssigem Natrium eingetaucht ist, welches in einem Primärbehälter innerhalb eines Betongewölbes enthalten ist. Der
Kern wird auf einem Haltegitter abgestützt und ist von einem Mantel oder Coretank (Reaktorgefäß) umgeben, und Kühlmittel wird
von außerhalb des Coretanks durch eine Pumpe aufwärts durch den Reaktorkern' hindurch und von dort nach einem Wärmetauscher in
Umlauf gebracht, von welchem aus das Kühlmittel zurück zum Bereich des Schmelzbades gefördert wird, welches sich außerhalb
des Coretanks befindet. Die Temperatur des Schmelzbades außerhalb des Coretanks beträgt annähernd 400° C, während diejenige
innerhalb des Coretanks bei etwa 600° C liegt.
Um die Wärmeübertragung vom inneren auf den äußeren Bereich des Schmelzbades zu reduzieren :und die Wand des Coretanks vor
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den Belastungseinflüssen einer derartig großen Temperaturdifferenz
zu schützen, ist es notwendig, eine Wärmeisolierung für die Innenwand, d.h. die heiße Wand des Tanks vorzusehen.
Bei der bekannten Bauart von mit flüssigem Metall gekühltem Kernreaktor ist die Isolierung von passiver Art, d.h. eine
Auskleidung von einer Bauart, die eine geringe Wärmeübertragungseigenschaft
hat und von einer solchen Form, wie eine gasgefüllte, abgesteppte Hülle aus dünnem Edelstahl, ist.
Eine derartige Isolierung ist aber unzuverlässig und erfordert eine Prüfung auf Gasdichtigkeit durch komplizierte Techniken.
Bei einer in jüngster Zeit vorgeschlagenen Konstruktion eines mit flüssigem Metall gekühlten Kernreaktors weist
die passive Isolierung für die Wand des Coretanks eine Auskleidungsschicht aus locker gepackten und gegeneinander abgedichteten
Edelstahlblöcken sowie eine von der Schicht aus Blöcken im Abstand angeordnete Edelstahlmembran auf. Die Membran
ist mit einem Netzwerk von sich kreuzenden Wellungen versehen, um die Wärmeausdehnung der Membran aufzunehmen, doch
wird befürchtet, daß die an den Knotenpunkten der orthogonalen Wellungen auftretenden komplizierten Beanspruchungen zu Unzuverlässigkeiten
führen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Mittel zur Isolierung des Coretanks eines mit flüssigem Metall gekühlten
Kernreaktors zu schaffen, bei dem das Flüssigmetall-Kühlmittel eine mehr aktive Rolle bei der Isolierung spielt und dadurch
die Kompliziertheit der Herstellung vermindert und die Zuverlässigkeit
der Isolierung erhöht.
Ein erfindungsgemäßer, mit flüssigem Metall gekühlter Kernreaktor
weist einen Primärbehälter auf, der ein Schmelzbad aus flüssigem Metall enthält, und weist ferner einen Reaktorkern
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auf, der in das Schmelzbad aus flüssigem Metall eingetaucht
und durch einen Coretank umschlossen ist, wobei erfindungsgemäß eine Einrichtung zum Umhüllen der Innenwandoberfläche
des Coretanks mit flüssigem Metall, welches aus dem Schmelzbadbereich außerhalb des Coretanks abgezogen wird, und zum
Fließenlassen des flüssigen Metalls von dort radial einwärts in Richtung auf den Reaktorkern vorgesehen ist. Die Erfindung
sieht vor, daß die Innenwandoberfläche des Coretanks durch Berührung mit relativ kühlem flüssigem Metall gekühlt wird
und daß die nachfolgende radiale Einwärtsströmung des flüssigen Metalls die Auswärtsübertragung von Wärme auf die Innenwandoberfläche
des Coretanks zurückhält.
Diese Einrichtung, welche die Innenwandoberflache des
Coretanks mit flüssigem Metall umhüllt, das aus dem Schmelzbadbereich außerhalb des Coretanks abgezogen wird, und welche
das flüssige Metall von dort radial einwärts fließen läßt, kann eine kontinuierliche Membran aufweisen, die im Abstand von der
Innenwandoberfläche des Coretanks angeordnet ist, um dadurch
einen von der Innenwandoberfläche des Coretanks und von der Membran begrenzten Raum zu bilden, wobei die Membran eine Vielzahl
von verteilten Perforationen aufweist und wobei eine Pumpe mit einer Einlaßöffnung, die in das Schmelzbad des flüssigen
Metalls außerhalb des Coretanks eingetaucht ist, und mit einer AuslaBöffnung, die so angeordnet ist, daß sie das flüssige
Metall in den vorgenannten Raum entleert, vorgesehen ist. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist jedoch eine Vielzahl
von im Abstand angeordneten Membranen mit verteilten Perforationen vorgesehen, die eine radiale Reihe von Räumen bilden,
durch welche flüssiges Metall aus der Entleerungsöffnurig nacheinander
fließen kann. Die Membranen können ein Netzwerk von sich kreuzenden Wellungen aufweisen, um die Wärmeausdehnung
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aufzunehmen, wobei die Perforationen Schlitze sind, die
an den Kreuzungsstellen der Wellungen vorgesehen sind, doch sind bei einer bevorzugten Ausführungsform die Wellungen
einer ersten Gruppe von parallelen Wellungen zwischendurch unterbrochen, um die Möglichkeit von an den Knotenpunkten
eingeführten komplizierten Beanspruchungen zu vermeiden.
Ein konstruktives Ausführungsbeispiel eines mit flüssigem
Metall gekühlten Kernreaktors gemäß der Erfindung wird nunmehr anhand der Zeichnung beschrieben. Dabei zeigt
Fig. 1 eine Teilseitenansicht im.Schnitt,
Fig. 2 eine perspektivische Ansicht eines Einzelteils, während
Fig. 3 einen Schnitt durch die Gesamtkonstruktion wiedergibt.
Bei der Kernreaktorkonstruktion gemäß Fig. 3 ist der Kern 101 eines Schnellbrüter-Kernreaktors in ein Schmelzbad
102 aus flüssigem Natrium eingetaucht, welches in einem Primärbehälter 103 enthalten ist. Der Behälter 103 befindet
sich in einem Beton-Aufnahmegewölbe 104 mit einer Abdeckung 105, von welcher der Primärbehälter 103 herabhängt. Der
Reaktorkern wird von einem Haltegitter 10B getragen, welches
von der Abdeckung 105 gehalten wird, und der Reaktorkern ist innerhalb eines Mantels oder Coretanks 107 untergebracht,
Die Abdeckung hat zahlreiche Durchgänge für Hilfseinrichtungen, wie Wärmetauscher 108 und Zirkulatoren 109, und weist
ein zentrales Drehschild 110 auf. Das Drehschild 110 weist einen äußeren drehbaren Bauteil mit einem darin exzentrisch
angeordneten inneren drehbaren Bauteil auf, wobei Durchgänge
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im Schild für Kontroll- bzw. Steuermechanismen sowie für den
Zugang zu Brennelementbaugruppen im Kern vorgesehen sind. Bei Gebrauch wird Kühlmittel vom Schmelzbadbereich außerhalb
des Coretanks 107 durch den Kern 101 hindurch über das Haltegitter
und von dort durch den Coretank 107 zurück zum Schmelzbadbereich außerhalb des Coretanks über die Wärmetauscher
in Umlauf gebracht. Der Primärbehälter 103 ist von der Wand des Betongewölbes im Abstand angeordnet, und eine Wärmeisolierung
ist zwischen den Behälter und die Gewölbewand eingebaut. Die Temperatur des Natriums im äußeren Bereich des Schmelzbades
beträgt annähernd 400° C, während die Temperatur des Natriums innerhalb des Coretanks annähernd 600 C beträgt, so
daß eine Wärmeisolierung 111 für die Innenwand, d.h. für die heiße Wand des Coretanks, vorgesehen ist.
In Fig. 1 ist ein Teil des Coretanks 107 dargestellt, der einen Boden 1 aufweist. Der Spiegel des flüssigen Metalls im
äußeren Teil des Primärbehälters 103 ist mit dem Bezugszeichen 3 angedeutet, während der Spiegel innerhalb des Coretanks
durch das Bezugszeichen 4 kenntlich gemacht ist, wobei der Spiegel 4 höher liegt als der Spiegel 3, und zwar infolge des
Druckabfalls im Reaktorkühlsystem, wodurch Natrium, welches durch den Kern hindurchgepumpt wird, vom Coretank nach den Primärwärmetauschern
106 gelangt, bevor es zum äußeren Bereich des Schmelzbades, der die Einlasse der Pumpen speist, zurückgeführt
wird. Auf diese Weise ist das Natrium im Coretank 107, welches gerade durch den Kern hindurchgelangt ist, der die Wärmequelle
für das Energieerzeugungssystem ist, heißer als dasjenige auf der Außenseite des Coretanks. Die Isolierung 111 hat die Form
einer Vielzahl von gleichen Membranen, zweckmäßig aus Edelstahl, wobei drei davon, die bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
gezeigt sind, jeweils mit 5, 6 und 7 bezeichnet sind. Die erste Membran 5 ist von der Wand des Coretanks 107 im Abstand ange-
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ordnet, um einen Raum 8 zu bilden, die zweite Membran 6
ist im Abstand von der Membran 5 angeordnet, um einen Raum
9 zu bilden, wobei der letztere eine geringere Breite als
der Raum 8 hat, und die äußere Membran 7 ist von der Membran 6 im Abstand angeordnet, und zwar ähnlich dem Abstand zwischen den Membranen 5 und B, um einen Raum 10 zu bilden.
Der Kern ist zylindrisch, der Coretank 107 ist ebenfalls
zylindrisch, und die Membranen sind ähnlich geformt, wodurch Ringräume 8, 9 und 10 gebildet werden. Andere Formen für den Kern, den Coretank und die Membranen sind natürlich möglich, doch wurde die zylindrische Form als die zweckmäßigste angesehen und wird fast unverändert verwendet.
ist im Abstand von der Membran 5 angeordnet, um einen Raum
9 zu bilden, wobei der letztere eine geringere Breite als
der Raum 8 hat, und die äußere Membran 7 ist von der Membran 6 im Abstand angeordnet, und zwar ähnlich dem Abstand zwischen den Membranen 5 und B, um einen Raum 10 zu bilden.
Der Kern ist zylindrisch, der Coretank 107 ist ebenfalls
zylindrisch, und die Membranen sind ähnlich geformt, wodurch Ringräume 8, 9 und 10 gebildet werden. Andere Formen für den Kern, den Coretank und die Membranen sind natürlich möglich, doch wurde die zylindrische Form als die zweckmäßigste angesehen und wird fast unverändert verwendet.
Die Membranen 5, B und 7 sind an der Wand des Coretanks 107 angebracht und werden mittels Befestigungsschrauben 11
auf Abstand gehalten, wobei nur drei von ihnen in einer einzigen Höhe der Klarheit wegen dargestellt sind, wobei es
sich von selbst versteht, daß sie in verschiedenen Höhen als Hilfsmittel vorgesehen sind. Die Wanddicke der Membranen 5,
B und 7 ist relativ gering im Vergleich zur Dicke der Coretankwand (1 mm im Vergleich zu 20 mm bei einem typischen
Ausführungsbeispiel). Es wird vorgezogen, den Membranen eine gewisse Flexibilität dadurch zu geben, daß ein Netzwerk von
Wellungen vorgesehen wird, die sich zweckmäßig im rechten
Winkel kreuzen und vertikal und horizontal angeordnet sind.
Die vertikalen Wellungen an der äußeren Membran 7 sind mit
12 und die horizontalen Wellungen mit 13 bezeichnet. An jeder Stelle, an denen sich diese Wellungen kreuzen, ist eine Perforation durch die jeweilige Membran hindurch vorgesehen, um eine Verbindung zwischen den Räumen herzustellen, und die
Perforationen bestehen zweckmäßig aus Schlitzen in einer der Wellungen Cs. Fig. 2], Die mit 14 in den Fign. 1 und 2 be-
auf Abstand gehalten, wobei nur drei von ihnen in einer einzigen Höhe der Klarheit wegen dargestellt sind, wobei es
sich von selbst versteht, daß sie in verschiedenen Höhen als Hilfsmittel vorgesehen sind. Die Wanddicke der Membranen 5,
B und 7 ist relativ gering im Vergleich zur Dicke der Coretankwand (1 mm im Vergleich zu 20 mm bei einem typischen
Ausführungsbeispiel). Es wird vorgezogen, den Membranen eine gewisse Flexibilität dadurch zu geben, daß ein Netzwerk von
Wellungen vorgesehen wird, die sich zweckmäßig im rechten
Winkel kreuzen und vertikal und horizontal angeordnet sind.
Die vertikalen Wellungen an der äußeren Membran 7 sind mit
12 und die horizontalen Wellungen mit 13 bezeichnet. An jeder Stelle, an denen sich diese Wellungen kreuzen, ist eine Perforation durch die jeweilige Membran hindurch vorgesehen, um eine Verbindung zwischen den Räumen herzustellen, und die
Perforationen bestehen zweckmäßig aus Schlitzen in einer der Wellungen Cs. Fig. 2], Die mit 14 in den Fign. 1 und 2 be-
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zeichneten Schlitze sind in den horizontalen Wellungen 13
vorgesehen. Bei einer abgeänderten Ausführungsform, in
strichpunktierten Linien in Fig. 2 dargestellt, ist jede der unterbrochenen Wellungen Cdie vertikalen Wellungen 12
in den Fign. 1 und 2) so geformt, daß sich eine Klappe 15 über die höchste Stelle der Schlitze 14 nach Art einer Abdeckblende
erstreckt, um auf diese Weise die radiale Auswärtsströmung des Mediums durch die Schlitze 14 hindurch zu
unterbrechen und die Strömung seitlich abzulenken, mit Strömungsrichtungskomponenten, die mehr parallel zu den
Membranoberflachen (und in verschiedenen solcher Richtungen)
als radial verlaufen.
Um die Bewegung von kühlem Natrium durch die Räume 8, 9 und 10 hindurch voranzutreiben, ist eine vorzugsweise
elektromagnetische Natriumpumpe, schematisch in Fig. 2 dargestellt und mit 16 bezeichnet, mit einem Einlaß 17 versehen,
der in das kühl.e Natrium im Tank eintaucht, sowie mit einem Auslaß 16, der, wie dargestellt, über die Coretankwand oder
durch sie hindurch geführt ist, um kühles Natrium in den Raum B zu fördern. Die Spiegel des Natriums in den Räumen B, 9
und 10 sind jeweils mit 19, 20 und 21 bezeichnet. Die Pegeldifferenz
an einer Membran stellt die Druckdifferenz dar, die erforderlich ist, um das Natrium durch die Schlitze 14 hindurchzutreiben.
Natrium gelangt durch die Schlitze 14 in jeder Höhe hindurch und mit verschiedenen Strömungsrichtungskomponenten,
wie vorerwähnt und wie durch Strömungsrichtungspfeile bei einigen der Schlitze 14 in Fig. 1 dargestellt, um
zum Raum 9 und zum Raum 10 zu gelangen, wobei es sich schließlich mit dem heißen Natrium im Coretank vereinigt un-d, wenn
dies geschieht, mehr oder weniger auf der gleichen Temperatur
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-B-
liegt, und zwar aufgrund des Umstandes, daß es Wärme von
den Membranen und dem in den Räumen zwischen diesen enthaltenen Natrium aufgenommen hat. Auf diese Weise erreicht
nur sehr wenig von der durch die Membran 7 hindurchgehenden Wärme den Coretank 107, wobei der Hauptanteil der Wärme in
den Coretank durch das durch die Membranen hindurchflieBende Natrium zurückgeleitet wird.
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Claims (5)
- 76 GZO Kü/laPatentansprüche/i.jMit flüssigem Metall gekühlter Kernreaktor mit einem Primärbehälter, der ein Schmelzbad aus flüssigem Metall enthält, sowie mit einem Reaktorkern, der in das Schmelzbad aus flüssigem Metall eingetaucht und durch einen Coretank eingeschlossen ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (5,16) zum Einhüllen der Innenwandoberfläche des Coretanks (107) mit flüssigem Metall, das aus dem Schmelzbadbereich außerhalb des Coretanks abgezogen wird, sowie zum Fließenbringen des flüssigen Metalls von dort radial einwärts in Richtung auf den Reaktorkern.
- 2. Kernreaktor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Einhüllen der Innenwandoberfläche des Coretanks (107) mit flüssigem Metall, welches aus dem Schmelzbadbereich außerhalb des Coretanks abgezogen wird, und zum Fließenbringen des flüssigen Metalls von ,dort radial einwärts eine kontinuierliche Membran (5) aufweist, die in Abstand von der Innenwandoberfläche des Coretanks angeordnet ist und einen Raum (8) bildet, der von der Innenwandoberfläche des Coretanks (107) und der Membran (5) begrenzt ist, wobei die Membran eine Vielzahl von verteilten Perforationen (14) aufweist, und daß eine Pumpe (16) vorgesehen ist, die eine in das Schmelzbad aus flüssigem Metall außerhalb des Coretanks eingetauchte Einlaßöffnung (17) sowie eine Auslaßöffnung (18) aufweist, die so angeordnet ist, daß sie flüssiges Metall in den Raum (8) entleert .609884/0334
- 3. Kernreaktor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von in Abstand angeordneten Membranen [5,6,7) mit verteilten Perforationen vorgesehen ist, wobei die Membranen eine radiale Reihe von Räumen CB,9,10) bilden, durch welche flüssiges Metall aus der Entleerungsöffnung C1B) nacheinander fließen kann.
- 4. Kernreaktor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Membranen ein Netzwerk von sich schneidenden Wellungen (12,13) aufweisen und daß die Perforationen (14) an den Kreuzungspunkten der Wellungen angeordnet sind.
- 5. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede von einer ersten Gruppe von parallelen Wellungen (13) kontinuierlich ist und Schlitze (14) aufweist, welche die Perforationen bilden, während jede aus einer zweiten Gruppe von Wellungen (12), die rechteckig zur ersten Gruppe verlaufen, diskontinuierlich ausgebildet ist, wobei die Enden der diskontinuierlichen Abschnitte so profiliert sind, daß sie den Wellungen der ersten Gruppe folgen.B. Kernreaktor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede aus einer ersten Gruppe von parallelen Wellungen (13) kontinuierlich ist und Schlitze (14) aufweist, welche die Perforierungen bilden, während jede aus einer zweiten Gruppe von Wellungen (12), die rechtwinklig zur ersten Gruppe verlaufen, diskontinuierlich geformt ist, wobei die Enden der diskontinuierlichen Abschnitte so profiliert sind, daß sie im wesentlichen den Wellungen der ersten Gruppe folgen und jeweils eine Klappe (15) bilden, welche die Schlitze blendenartig verdecken.609884/0334
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- 1976-07-06 FR FR7620674A patent/FR2317734A1/fr active Granted
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE1539794A1 (de) * | 1965-07-22 | 1970-09-24 | Commissariat Energie Atomique | Brennstoffanordnung fuer einen fluessigmetallgekuehlten Kernreaktor |
| DE2451448A1 (de) * | 1973-10-31 | 1975-05-07 | Nuclear Power Group Ltd | Thermische isolation |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2317734A1 (fr) | 1977-02-04 |
| DE2628934C2 (de) | 1985-07-04 |
| JPS5952795B2 (ja) | 1984-12-21 |
| FR2317734B1 (de) | 1983-06-17 |
| JPS5231296A (en) | 1977-03-09 |
| US4046629A (en) | 1977-09-06 |
| GB1527372A (en) | 1978-10-04 |
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